כוחות ודיאגרמת גוף חופשי
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| force/fɔːs/ | כוח |
| free-body diagram/friː ˈbɒdi ˈdaɪəɡræm/ | דיאגרמת גוף חופשי |
| newton/ˈnjuːtn/ | נטו |
| weight/weɪt/ | משקל |
| normal force/ˈnɔːml fɔːs/ | כוח נורמלי |
| tension/ˈtenʃn/ | מתח |
| friction/ˈfrɪkʃn/ | חיכוך |
| net force/net fɔːs/ | כוח נטו |
כל הדחיפה והמשיכה, על תרשים אחד נקי
- ספר על שולחן אינו עושה דבר - עם זאת, מספר כוחות פועלים עליו בו-זמנית.
- כבידה מושכת כלפי מטה; השולחן דוחף כלפי מעלה; יד עשויה לדחוף אותו צדדית.
- כדי לנתח בבירור, פיזיקאים מקצרים הכול מלבד הכוחות הפועלים על הגוף היחיד.
- התוצאה היא תרשים גוף חופשי - השרטוט היעיל ביותר במכניקה.
מהו כוח
- כוח הוא דחיפה או משיכה - וקטור, הנמדד ב-ניוטונים ($\text{N}$).
- יש לו גדול וגם כיוון, ולכן כוחות מחוברים כוקטורים, לא כמספרים רגילים.
- כוח תמיד נובע מאינטראקציה בין שני גופים.
- $1\ \text{N}$ הוא בקירוב המשקל של תפוח קטן.
מהי היחידה במערכת SI לכוח?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
כוח נמדד ב-ניוטונים ($\text{N}$). ג'ולים נמדדים אנרגיה, ואט מכילים הספק, פסקלים לחץ.
החשודים הרגילים
- משקל $mg$ - משיכת הכבידה, תמיד ישר כלפי מטה.
- כוח נורמלי $N$ - משטח הדוחף אנכי לעצמו.
- מתח $T$ - משיכה לאורך חבל או חוט.
- חיכוך $f$ - משטח המתנגד להחלקה, מקביל למשטח.
איזה כוח תמיד ניצב לפני השטח עליו יושן גוף?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
הכוח הנורמלי מוגדר כהדחיפה של המשטח הניצבת למשטח עצמו. חיכוך פועל במקביל למשטח.
ציור תרשים גוף חופשי
- הצר את הגוף לנקודה וצייר כל כוח כחץ יוצא מנקודה זו.
- כלול רק כוחות הפועלים על הגוף — לעולם לא כוחות שהגוף מפעיל על אחרים.
- נקד כל חץ לכיוון הנכון; חץ ארוך יותר = כוח גדול יותר.
- לאחר מכן, הכוח הכולל הוא הסכום הווקטורי של כולם.
בנה דיאגרמת גוף חופשי
שנה את הכוח המופעל, החיכוך והמסה, ותצפה כיחלוץ כוחות ומכלול הכוחים להגיב.
דיאגרמת גוף חופשי צריכה לכלול את הכוחות שהגוף מפעיל על גופים אחרים.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
דיאגרמת גוף חופשי מציגה רק את הכוחות הפועלים על הגוף הנבחר, לעולם לא את הכוחות שהוא מפעיל על אחרים.
בלוק דוחף לאורך שולחן מחוספס. סמן את כל הכוחות שצריכים להיות בדיאגרמת הגוף החופשי שלו.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
ארבעת הכוחות פועלים על הבלוק. הכוח שהבלוק מפעיל על השולחן פועל על השולחן, ולכן אינו נכלל.
חיבור הכוחות יחד
- חבר כוחות רכיב לרכיב, בדיוק כמו כל וקטורים אחרים.
- אם הם מאוזנים, הכוח הכולל הוא אפס והגוף שומר על מהירות קבועה.
- אם אינם מאוזנים, הכוח הכולל שנשאר קובע את התאוצה (שיעורים הבאים).
- תמיד שאל: מהו הכוח הכולל, ואיזה כיוון יש לו?
תיבה מרגישה ב$10\ \text{N}$ ימינה וב$4\ \text{N}$ שמאלה. מהו מכלול הכוח האופקי, ב$\text{N}$?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
קח ימינה כחיובי: $10 - 4 = 6\ \text{N}$ ימינה.
מכלול הכוחות על גוף הוא סכום ____ של כל הכוחות הפועלים עליו.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
לכוחות יש כיוון, ולכן הם מתאחדים בסכום ווקטורי, ולא בסכום אריתמטי רגיל.
הכוח הנורמלי אינו תמיד שווה למשקל. במדרון או כאשר משהו לוחץ מטה או מרים מעלה את הגוף, $N$ משתנה. לעולם אל תניח $N = mg$ — חשב אותו מתוך הכוחות המאונכים לפני השטח.
תיבה מרגישה ב$F = 10\ \text{N}$ לימין ובחיכוך $f = 4\ \text{N}$ שמאלה.
- כוח הכולל אופקי $= 10 - 4 = 6\ \text{N}$, לימין.
- אנכית, $N$ ו$mg$ מאוזנים, ולכן התיבה נשארת על הרצפה.
כוח (בניוטונים) הוא דחיפה או משיכה הנובעת מאינטראקציה. תרשים גוף חופשי מציג כל כוח הפועל על גוף אחד כחצים היוצאים מנקודה. הכוח הכולל הוא הסכום הווקטורי שלהם — והכוח הנורמלי אינו תמיד $mg$.